0 　引言

    随着CAD、CAM、CAE 等技术不断发展和日趋完善,它们在各个领域得到了极其广泛的应用。其中Unigraphics 软件是这一技术发展得比较成功的软件之一,它起源于美国麦道飞机公司,以CAD/ CAM/CAE 一体化而著称,目前已广泛应用于航空、航天、汽车、通用机械等领域。其CAM 模块尤其出色,在同类软件中处于绝对领先地位,它提供了一种交互式编程工具,可计算生成精确可靠的刀具加工轨迹,是一个功能强大的计算机辅助制造模块。目前,这一技术已成功应用于模具及零件的制造过程,为企业带来了极高的加工质量及可观的经济效益。

    现代制造业所面对的经常是具有复杂型腔的高精度模具制造及复杂型面产品的外型加工,其共同特点是以复杂三维型面为结构主体,整体结构紧凑,制造精度要求高,加工成型难度极大。通过近几年对UG软件的应用摸索,针对上述制造过程中普遍存在的技术难点,将传统工艺方案中适用现代数控加工的精华部分溶入UG/ CAM的应用过程,总结出一套适用于各类复杂型面的数控加工编程方法。

    1 　建立数学模型

    任何一个软件都是以CAD 阶段所获得的产品三维实体模型作为其CAM 阶段刀轨计算的数据来源。模型是基础,它的正确可靠性直接影响刀轨数据的正确可靠性。UG/ CAM所依赖的数据计算模型可以通过两种途径获得:

    a. 用UG软件的CAD 系统直接构造。

    b. 通过IGES、STEP 或UG的专用数据接口(如parasolid) 将其他CAD 系统构造的数据模型进行转换,再对转入模型的歧异部分进行处理,使之符合UG/ CAM系统的要求。

    在建立模型之前,我们应首先对模型各特征的建立顺序及建立方法作周全考虑,先作什么,后作什么,用什么方法作,使用哪一种造型功能,这些对后续的CAD 及CAM 工作都将产生极其重要的影响。另外,在产品型面结构特别紧凑的情况下,一定会有不少型面在理论上是相切关系,因此必定造成临界关系面的存在,这种关系的存在往往导致布尔运算无法正常进行,因此,在建立数学模型时必须对这种关系进行恰当处理。这一处理过程是建模过程中最容易被忽视也是最重要的步骤之一。例如,我们可以将产品允许公差合理容入数学模型中,对局部尺寸进行合理调整,这样就可以避免临界关系的存在,使各特征单元通过布尔运算顺利合并为一整体。

    2 　确定加工坐标系

    实体模型的建立是以工作坐标系为基础,而数控加工刀位源文件的生成则是以加工坐标系为基础。加工坐标系的坐标原点位置应便于加工者快速准确对刀,同时方便加工过程中需要进行的尺寸计算。确定加工坐标轴方向时应考虑被加工产品在数控机床上的装夹摆放情况。

    3 　规划刀位源文件

    根据不同产品型面的结构特点, 我们可选用UG/ CAM 提供的PLANAR MILL (平面铣) 、CAVITYMILL (型腔铣) 及FIXED CONTOUR (固定轴轮廓铣) 3 个各有特色,相辅相成的加工模块规划各类型面的加工刀位源文件,这一过程中既可单独运用其中某一个模块编程将型面加工成型,又可搭配使用各模块生成型面加工刀位源文件。总之,应根据加工型面的不同灵活掌握各模块应用特点,高质量、高效率地加工出我们满意的产品。

图1

    PLANAR MILL 及CAVITY MILL 是规定二轴联动的加工模块,可规划刀具平面轮廓运动及加工精度,并提供了用点、线、棱边、面进行驱动的刀具轨迹计算方式。对PLANAR MILL 而言,进行刀轨计算时只需要构成加工对象的线或棱边即可。如图1所示平面1 及平面2 就很适合用该加工模块编制其数控加工程序。应用CAVITY MILL 模块进行加工计算时,必须有表征零件三维数据的数学模型,同时还需要构造Boundary(边界) 或Blank Geome2try(毛坯体) 等要素。如图2 所示内腔的刀轨路径可用该模块进行精确规划,我们可以采取圆柱平底铣刀以自上而下的分层环绕方式去除毛坯多余材料并最终成型其内腔型面。

图2